[发明专利]基于超表面天线和放大器的有源可重构智能表面

说明书

本发明公开了一种基于超表面天线和放大器的有源可重构智能表面，包括面向基站的超表面天线、面向用户的超表面天线、放大器模块、控制模块以及信道信息处理模块，所述面向基站的超表面天线用于接收来自基站的信号以及向基站转发信号，所述面向用户的超表面天线具有方向图可重构功能，用于向用户转发信号以及接收来自用户的信号，两个超表面天线通过所述放大器模块进行连接，所述控制模块用来控制面向用户的超表面天线的辐射方向图使其指向用户，所述信道信息处理模块用来接收信道估计信息并发送给控制模块。本发明可用于无线通信中通信盲区的补盲，并且本发明对于单个极化状态只需要一个放大器模块，成本低、体积小、适用范围广。

技术领域

本发明涉无线及通信技术领域，具体涉及一种基于超表面天线和放大器的有源可重构智能表面。

背景技术

可重构智能反射表面(reconfigurable intelligent surface，RIS)能够以可编程的方式改变入射电磁波的相位，且不会牺牲系统的传输速率和发射功率，通过控制反射接收信号的方向，使反射波始终指向移动通信设备，建立新的无线信道，从而解决通信盲区问题，提高系统频谱和能量效率，增大信道容量，提升通信速率。同时，可重构智能反射表面成本低、重量轻，方便大规模部署，有利于实现通信系统整体性能的提升，因而成为未来5G、6G无线通信系统的潜在关键技术之一。

RIS按照是否带有功率放大功能又分为无源RIS和有源RIS。纯无源的RIS存在以下几个问题：首先，信号经过级联信道，反射链路相比于直接链路来讲，其路径损耗是按乘积的方式叠加，导致其存在双衰落问题，只在一些特殊的情形下才表现出明显的信道增强效果；此外，纯无源RIS在面积受限的情况下端到端的信道波束成形增益也比较有限。而有源RIS可以改变入射信号的相位，也会放大其幅度，较小面积的有源RIS就可以实现较大的增益，可以克服双衰落的限制。因此，有源RIS的应用范围更广，对信道容量的提升更明显。

然而，目前的有源RIS架构大多需要为每个超表面单元或子阵配置反射式功率放大器。反射式功率放大器本身有一定的设计难度，增益也有一定的限制，加上需要较多的数量，导致整体RIS的成本大幅提升，并且需要占用更多的空间，失去了RIS本身在成本、体积和重量方面的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超表面天线和放大器的有源可重构智能表面，该有源可重构智能表面对单个极化状态只需要一个放大器模块便可实现双向的信号放大功能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于超表面天线和放大器的有源可重构智能表面，包括面向基站的超表面天线、面向用户的超表面天线、放大器模块、控制模块以及信道信息处理模块；所述面向基站的超表面天线主瓣方向指向基站用于在下行链路中接收来自基站的信号以及在上行链路中向基站转发信号，所述面向用户的超表面天线具有方向图可重构功能，用于在下行链路中向用户转发信号以及在上行链路中接收来自用户的信号，面向基站的超表面天线输入端口和面向用户的超表面天线输入端口通过一个放大器模块进行连接，所述控制模块用来控制面向用户的超表面天线中的可调元件实现天线辐射方向图的变换，同时还用来控制放大器的开关和功率增益，所述信道信息处理模块用来接收信道估计信息，并将处理后的信息发送给控制模块。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)本发明提出的一种基于超表面天线和放大器的有源可重构智能表面架构，通过控制面向用户的超表面天线中的可调元件的状态以及放大器模块的开关和增益，可以实现对入射信号传输方向和放大幅度的实时调控；将其用于无线通信系统中可以有效提升通信容量，增加信号强度，解决盲区问题；(2)所述有源可重构智能表面架构，对于单个极化状态只需要一个放大器模块，成本低、体积小，并且所述面向基站的超表面天线和面向用户的超表面天线之间的夹角可以任意设置，可以实现对入射信号360°全方向的波束调控，适用范围更广。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例提供的有源可重构智能表面整体组成结构及其工作原理示意图；